新工科背景下地下水科學與工程專業生產實習教學模式優化探索

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.22.161

摘 要 隨著新工科建設的深入，對防災科技學院地下水科學與工程專業生產實習教學模式進行優化探索，分別從教學目標、教學模塊、實習報告三個方面不斷優化，形成更注重實踐能力和創新能力培養的模式，鍛煉學生由點到線到面的綜合解決復雜問題的能力。本次優化探索為地質類專業生產實習課程建設與改革提供了可借鑒的經驗。

關鍵詞 新工科；地下水科學與工程專業；生產實習

中圖分類號：G642.44 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）22-0-03

0 引言

隨著新工科建設的不斷深入，工科專業的課程教學模式更加強調實用性、交叉性與綜合性，更突出實踐能力和創新能力的培養，更注重提升學生的工程創新能力和適應變化能力[1]。生產實習作為工科人才培養過程中的一門實踐課程，一方面發揮著對核心專業課程的總結和應用實踐的作用，另一方面在培養學生實際動手能力、工作組織能力和獨立分析解決復雜工程問題能力等方面具有不可替代的作用[2]。

防災科技學院地下水科學與工程專業建立于2009年。專業建立之初，學校非常重視集中實踐課程的建設，開設了專業認識實習、地質教學實習和專業生產實習課程。結合本專業的人才培養方案，專業生產實習是在學習了水文地質學基礎、水力學、地下水動力學、水文地球化學的基本理論、基本知識和野外地質基本工作方法的基礎上進行的，通過水文地質調查、判斷地表水與地下水的轉換關系、抽水滲水試驗等項目的訓練，使學生將課內知識與實際工作相結合，更深入地理解本專業的理論知識和野外工作基本流程，為今后從事本專業的工作或研究奠定堅實的基礎。

1 教學目標優化

專業生產實習是培養學生實踐能力和專業素養的重要環節，教學目標應聚焦在以下幾個方面。

1）明確實習目標。要確保學生了解實習目的、要求和預期成果，有助于學生更好地規劃自己的實習內容和時間安排。

2）強化實踐能力培養。通過實地考察、現象描述、數據測量和分析、室內外繪圖等環節，使學生掌握實際操作技能，提高解決實際問題的能力。

3）注重綜合素質培養。除了實踐能力外，還需注重培養和鍛煉學生的團隊協作能力、溝通能力、表達能力、創新能力和自主學習能力等綜合素質。

4）完善考核方式?？己藘热莅ňC合實踐能力、基本素質、實習成果、平時表現等方面，旨在全面評估學生的表現和進步。

5）持續改進實習方案。為了不斷增強實習教學的效果，根據往年學生對實習的反饋和實際效果，及時對實習方案進行評估和改進，調整實習內容、方式和時間安排等，使實習方案更加科學合理。

按照新工科建設要求，生產實習教學目標要向新標準、新模式、新方法、新技術的方向優化發

展[3-4]。在原有教學目標基礎上，本次優化更體現“新”的內容，優化后的教學目標增加以下內容。

1）啟發性教學模塊中的水文地質路線實地調查模塊增加教學路線和教學知識點視頻，還增加現場教學形式，體現教學的靈活性和多樣性。

2）獨立性教學模塊增加環境污染、地質災害等各種環境水文地質問題的專題調查。

3）創造性教學模塊增加MODFLOW數值模擬和GIS、Surfer軟件繪制水文地質圖等新技術方法，代替傳統手繪圖的方法。

4）完善和細化考核方式，將實習中使用的新方法、新技術和綜合素質提升等更明確地體現在考核標準中。

優化后的教學目標增加了新的教學元素，更新了教學方法和手段，較好地體現了新模式、新方法、新技術的發展方向。

2 教學模塊優化

秦皇島柳江盆地實習區域地層出露齊全，地質構造清晰直觀。地下水類型多樣，分布有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水、火成巖類水文地質區和變質巖類水文地質區。按地形地貌和水文地質條件，可主要分為兩大水文地質區，即基巖裂隙水巖溶水區和第四紀松散巖類孔隙水區。地表水系發育完整，區域內主要河流大石河自西北向東南流經柳江盆地后，自石河水庫出山注入渤海，其中近60 km河段流經山區，多條支流匯入，山區流域面積560 km2。該區域非常適合水文地質類專業實習。防災科技學院地下水科學與工程專業生產實習在秦皇島柳江盆地開展，以水文地質填圖為主。地下水科學與工程教研室全體教師經過多輪探討修訂和對水文地質路線的考察與篩選，現階段確定將教學內容模塊化，分為四個模塊，整個實習時長六周。

2.1 啟發性教學模塊

該模塊由三部分組成：秦皇島柳江盆地水文地質調查設計、水文地質路線實地調查和大石河測流。

水文地質調查設計階段，通過教師引導→確定設計目標→學生主動探討→編寫設計報告→成果展示的一整套設計方案，讓實習初期的學生能夠通過自主探討、查閱書籍資料等方式回顧課堂上學習的理論知識，了解地質實習內容，初步了解我國水文地質、環境水文地質調查工作的流程、工作方法，培養學生陳述發言、清晰表達的能力[5]。

水文地質路線實地調查的教學目的是通過教師現場啟發性的教學與指導，使學生了解區域地層、地質構造的特點及其辨別方法，學會觀察地形地貌要素并掌握辨別其類型的方法，掌握不同地形地貌條件下孔隙水、裂隙水、巖溶水的形成、賦存及變化特征的分析方法和思路。從2012年開始，歷經10年的水文地質路線的挖掘和整理，目前已經初步形成七條水文地質教學路線，完成兩個專題教學報告。通過典型供水水源地水井布局分析，進一步認識建立水源地應具備的條件和地表水與地下水的相互轉化關系。持續考察典型的水文地質路線，增加低溫熱泉的成因分析路線，而后增加溫泉周邊采石場府君山組灰巖觀察路線，合并至低溫熱泉的成因分析路線，為低溫熱泉的成因分析提供更有力的證據。

增加視頻元素進行線上線下混合式教學，成為目前課堂教學的主要方式之一。視頻錄制內容模塊化，錄制時間5～10分鐘，短小精悍。視頻內容以問題為導向，語言精練，從區域概況、地質發展史、區域水文地質剖面和三維概念模型、含水系統、成果展示等幾個角度進行描述。與單一線下教學模式相比，視頻元素的增加突破了單一模式的時空限制，從多角度直觀展示實習區域地質條件、水文條件等實際情況。學生可隨時隨地觀看視頻，進行回顧復習、交流研討。

2.2 獨立性教學模塊

該模塊的教學目的是在啟發性實踐教學的基礎上劃定工作區，學生以小組為單位，獨立進行孔隙水、裂隙水、巖溶水和環境災害水文地質調查。通過野外實地調查，掌握各種類型地下水和地表水的野外調查方法、程序與內容，學會統計與地下水有關的地質災害的數量、類型和規模，掌握從定性到定量地分析其成因、發展趨勢與程度的方法。

近些年進行課程改革后，在水文地質調查的基礎上增加環境水文地質調查內容，研究與人體健康或人類生活和生產活動相關的各種環境水文地質問題。柳江盆地中的煤礦開采引起的地下水資源量缺乏和水污染是典型的環境水文地質問題。同時，融入思政元素，以水資源、水環境、水資源與環境安全、生態文明建設為載體，構筑學生的生態文明理念，增強學生的憂患意識和環境保護意識，增強學生的責任感和對專業的認可度，提升其民族自豪感和使命感。因此，生產實習課程也可以看作開展思想政治教育、培養學生愛國情懷的一次實踐。

2.3 創造性教學模塊

該模塊要求學生利用野外實際調查獲取的第一手資料，結合收集的各種已有資料，掌握各種資料的室內整理分析方法和技術要求，在室內進行創造性的成果整編工作，編制《地下水科學與工程專業生產實習水文地質調查報告》和實際材料圖、綜合水文地質圖（包括潛水等水位線、承壓水等水位線、水化學類型分區、富水性分區等信息）等相應附圖與附表。

傳統的水文地質填圖的圖件繪制是采用手繪填色方法。隨著新技術的發展，GIS、Surfer、Corel-

DRAW等繪圖軟件，MODFLOW、GMS等數值模擬軟件已被廣泛應用于生產實際。專業生產實習的水文地質填圖也不能局限于傳統方法，而是要適應時代發展的需求、接近生產實際，讓學生利用新技術和手段完成生產實習。因此，在圖件編制方面應用Surfer軟件繪制等水位線圖，在GIS中統合數據完成綜合水文地質圖，應用數值模擬軟件進行三維建模，建立水流模型和溶質運移模型進行模擬，輔助說明地下水流及污染物分布等內容，對實習報告內容進行補充。

2.4 場地水文地質參數獲取試驗模塊

抽水試驗和滲水試驗是獲取場地水文地質參數、了解水文地質條件的主要方法。抽水試驗可確定含水層參數，滲水試驗可獲取包氣帶滲透系數。防災科技學院地下水科學與工程專業在學校領導的大力支持下，于北校區建成以教學為目的的小型抽水試驗教學基地，豐富了本專業實踐教學體系，改善了專業教學條件，使得生產實習中的抽水試驗能夠順利進行[6]。

抽水試驗基地主要采用主孔抽水，進行多個觀測孔觀測地下水位的多孔抽水試驗，也可進行兩個鉆孔抽水的群孔干擾抽水試驗，可運用穩定與非穩定流抽水試驗的方法，試驗過程中須記錄觀測抽水期間和水位恢復期間的水位、流量、水溫、氣溫等內容。現場整理抽水試驗數據，室內使用Theis配線法、Jacob直線法和水位恢復法等方法確定水文地質參數，評價井孔出水能力，分析含水層富水能力等，最后讓學生獨立編寫抽水試驗報告。滲水試驗采用雙環法測定抽水試驗基地所處包氣帶的滲透系數，學生獨立完成滲水試驗報告。整個過程重在使學生熟悉抽水試驗和滲水試驗的作用機理，會進行抽水試驗和滲水試驗現場工作，會應用現場試驗測定的數據分析計算水文地質參數，會總結結果、編寫報告，以達到提高場地水文地質條件勘查水平的目的。

3 實習報告優化

整個生產實習有五類報告，分別是《秦皇島柳江盆地水文地質調查設計報告》《秦皇島柳江盆地水文地質調查報告》《抽水試驗設計報告》《抽水試驗報告》《滲水試驗報告》。經過改革后，五類報告合并為一個報告，即《地下水科學與工程專業生產實習報告》。報告分為五個篇章，包括緒論、柳江盆地綜合水文地質調查、人類活動影響下地下水環境變化專項調查、水文地質試驗和總結。報告對專題內容進行有機整合，學生可將實習內容進行拆分、重新整合、歸納總結，從點、線、面不同角度分析實習內容。

同時完善細化考核評價標準并附入報告中，優化后的考核標準能更客觀、詳細、全面地對學生進行考核：分別從平時表現、柳江盆地綜合水文地質調查及報告撰寫、人類活動影響下地下水環境變化專項調查及報告撰寫、水文地質試驗、水文地質參數獲取及報告撰寫和野外記錄本完成質量等方面進行考核。在每個考核模塊中又進行細分，如報告撰寫的邏輯性、條理性和專業性，報告內容的完整性和合理規劃性，分析思路的準確性和邏輯性，數據分析的嚴謹性，圖件繪制的美觀性，實習過程中表現出的態度、團隊協作能力、問題解決能力等。將考核標準進行細化，有助于在實習過程中更有效地激發學生實操的目標性和參與的積極性，激發學生的學習主動性，提高實習教學的質量。

4 結束語

生產實習教學在專業教學中起著將理論知識運用于實際工作的重要作用，其教學模式的不斷優化，對本科專業整體教學水平和學生實踐能力培養水平有巨大的提升作用。優化后的教學模式在實習方式上更加靈活，更加貼近生產實際，在實習效果上更注重實踐能力和綜合素質的有機結合與提高，在培養學生觀察、描述、記錄、測量等能力的基礎上，增加分析、制圖等能力的培養。優化后的教學模式在提高教學質量和增強教學效果的同時，為學生未來的職業發展奠定堅實基礎，為培養高素質人才提供了有力保障，亦對地質類專業生產實習的教學模式改革具有一定的參考價值。

5 參考文獻

[1] 汪丙國，梁杏，萬軍偉.地下水科學與工程專業實習教

學體系的構建[J].中國地質教育，2009，18（4）：105-110.

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[3] 林建.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

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為例[J].教育教學論壇，2019（24）：269-271.

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科生產實習教學模式改革與實踐[J].科技創新導報，

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[6] 谷洪彪，遲寶明，姜紀沂.地下水科學與工程專業抽水

試驗教學基地建設的思考[J].中國地質教育，2013，

22（1）：82-85.

*項目來源：2022年防災科技學院教育研究與教學改革項目“新工科背景下地下水專業生產實習教學模式改革與實踐”（基金編號：JY2022B16）；2021年中央高校基本科研業務費專項項目“多場耦合作用下承壓含水層井水位響應模型研究”（基金編號：ZY20215157）；2022—2023年度河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“工程教育認證背景下‘課程思政’融入水文地質野外實踐教學的改革與探索”（基金編號：2022GJJG487）。

作者簡介：張艷、宋洋，博士，講師；張莉麗，博士，教授；張耀文，博士，副教授。